第5章光檢測器與光接收機(jī)

1、光通信原理與技術(shù)光檢測器與光接收機(jī)數(shù)字光接收機(jī)的組成數(shù)字光接收機(jī)的組成激光器驅(qū)動電路Fiber時(shí)鐘提取 /判決再生前置放大器主放大器.均衡器PDLD數(shù)據(jù)輸入數(shù)據(jù)輸出 光接收機(jī)也可以分為三部分： 光檢測器和前置放大器合起來稱為接收機(jī)前端，是光接收機(jī)的核心； 主放大器、均衡濾波器和自動增益控制組成光接收機(jī)的線性通道； 判決器、譯碼器和時(shí)鐘恢復(fù)組成光接收機(jī)的判決、再生部分光檢測器 光纖通信中對光檢測器最重要的幾點(diǎn)要求： 在所用光源的波長范圍內(nèi)有較高的響應(yīng)度； 較小的噪聲； 響應(yīng)速度快； 對溫度變化不敏感； 與光纖尺寸匹配； 工作壽命長 光檢測器的機(jī)理 受激吸收 半導(dǎo)體材料 PIN光電二極管 雪崩光電

2、二極管APD 光電二極管PD 光電晶體管 光敏電阻 光電倍增益管 PN結(jié)的光電效結(jié)的光電效應(yīng)應(yīng) 原理原理: 光電效應(yīng)光電效應(yīng) -受激吸收過程受激吸收過程 入射光子的能量入射光子的能量大于禁帶寬度大于禁帶寬度, h Eg ，光子被吸光子被吸收收, 產(chǎn)生電子空穴產(chǎn)生電子空穴對對. 電子空穴對在電電子空穴對在電場的作用下定向運(yùn)場的作用下定向運(yùn)動動,形成光電流形成光電流 光電效應(yīng)的改善 主要光電效應(yīng)工作區(qū)-耗盡層 結(jié)構(gòu)上加寬耗盡層 在PN結(jié)中夾進(jìn)一個輕摻雜的N區(qū)-I區(qū) 形成PIN結(jié)PIN光電二極管 PIN光電二極管的結(jié)構(gòu) 在P型材料和N型材料之間加輕摻雜的N型材料，稱為本征（Intrinsic）層 輕

3、摻雜，電子濃度很低，經(jīng)擴(kuò)散作用后可形成一個很寬的耗盡層。 為降低PN結(jié)兩端的接觸電阻兩端的材料做成重?fù)诫s的P+層和N+層 這種結(jié)構(gòu)的光電二極管稱為PIN光電二極管 PIN光電二極管的的特點(diǎn) 本征材料：Si或GaAs摻雜后形成P型材料和N型材料 PIN的耗盡層遍及整個I區(qū) 產(chǎn)生光電流效率高光電二極管的主要特性1、波長響應(yīng)范圍上限由截止波長決定下限由材料吸收決定 截止波長 若光子能量為h ，禁帶寬度為Eg 產(chǎn)生光生載流子必須滿足h Eg 臨界時(shí) c= Eg /h 將 c換為波長c，則 只有當(dāng)入射光的波長c 的光，才能使這種材料產(chǎn)生光生載流子，發(fā)生光電效應(yīng)，這個臨界值c就叫做截止波長， c為截止頻率

4、。 截止波長 c是真空中的光速，h是普朗克常量 Si材料：c =1.06 m Ge 或InGaAs材料：c =1.61.7 mgg1.24chcEE 波長響應(yīng)下限 設(shè)x = 0時(shí)，光功率為p(0)，材料吸收系數(shù)為 經(jīng)過x距離后吸收的光功率可以表示為 半導(dǎo)體對光的吸收作用隨光波長減小而迅速增加 ( ) 0e xp xp1 當(dāng)工作波長比材料帶隙波長長時(shí)，吸收系數(shù)急劇減小 當(dāng)工作波長比截止波長長時(shí)，材料是透明的，光透射過去不能進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換。 Si材料：0.51.0 m Ge 或InGaAs材料：1.11.6 m2、光電轉(zhuǎn)換效率l響應(yīng)度（）：光生電流與入射光功率之比。單位光功率產(chǎn)生的光生電流越大說明產(chǎn)

5、生光電流效率越高l量子效率（）：單位時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的光生電子空穴對數(shù)與單位時(shí)間入射的總光子數(shù)之比。 表示每個光子平均產(chǎn)生的電子空穴對越大反映產(chǎn)生光電流效率越高 ( A / W )he3、響應(yīng)時(shí)間 響應(yīng)時(shí)間為光電二極管對矩形光脈沖響應(yīng)時(shí)間為光電二極管對矩形光脈沖的上升或下降時(shí)間。的上升或下降時(shí)間。 影響響應(yīng)時(shí)間的主要因素有：影響響應(yīng)時(shí)間的主要因素有： 光電二極管結(jié)電容及其負(fù)載電阻的光電二極管結(jié)電容及其負(fù)載電阻的RC時(shí)間常數(shù)時(shí)間常數(shù) 載流子在耗盡區(qū)里的渡越時(shí)間載流子在耗盡區(qū)里的渡越時(shí)間 耗盡區(qū)外產(chǎn)生的載流子由于擴(kuò)散而產(chǎn)生的時(shí)間延耗盡區(qū)外產(chǎn)生的載流子由于擴(kuò)散而產(chǎn)生的時(shí)間延遲遲 PIN內(nèi)部的響應(yīng)時(shí)間主要由

6、載流子在耗盡層中內(nèi)部的響應(yīng)時(shí)間主要由載流子在耗盡層中的度過時(shí)間決定：的度過時(shí)間決定：tr=W/V W耗盡層寬度耗盡層寬度 V載流子在電場中的漂移速度載流子在電場中的漂移速度4、暗電流暗電流 在理想條件下，當(dāng)沒有光時(shí)，光檢測器應(yīng)無光電流輸出 實(shí)際上，由于熱、宇宙射線或放射性物質(zhì)的激勵，在無光照情況下，光檢測器仍有光電流輸出 無光照時(shí)光電二極管的反向漏電流，稱為暗電流。 暗電流的無規(guī)則隨機(jī)漲落產(chǎn)生噪聲。因此，總希望器件的暗電流越小越好5、線性飽和度 光檢測電路有一定的光功率檢測范圍，入射光功率太強(qiáng)時(shí)，會產(chǎn)生非線性失真6、反向擊穿電壓 Si-PIN典型反向擊穿電壓為100v 工作偏壓為10-30v

7、PIN光電二極管的一般性能雪崩光電二極管雪崩光電二極管APD 工作原理工作原理 光電效應(yīng)+雪崩倍增效應(yīng) 雪崩倍增效應(yīng)雪崩倍增效應(yīng) 在二極管的PN結(jié)上加高反向電壓（一般為幾十伏或幾百伏） 在結(jié)區(qū)形成一個強(qiáng)電場 高場區(qū)內(nèi)光生載流子被強(qiáng)電場加速，獲得高的動能 與晶格的原子發(fā)生碰撞，使價(jià)帶的電子得到能量越過禁帶到導(dǎo)帶，產(chǎn)生了新的電子-空穴對 新產(chǎn)生的電子-空穴對在強(qiáng)電場中又被加速，再次碰撞，又激發(fā)出新的電子-空穴對- 除此循環(huán)下去，像雪崩一樣的發(fā)展，稱為雪崩倍增效應(yīng)。從而使光電流在APD管內(nèi)獲得倍增。 APD的結(jié)構(gòu)和工作原理工作原理RAPD 從圖中可以看出，它的耗盡層從結(jié)區(qū)一直垃通到I層與P+層相接的

8、范圍內(nèi)。在整個范圍內(nèi)電場增加較小。這樣，這種RAPD器件就將電場分為兩部分，一部分是使光生載流子逐漸加速的較低的電場，另一部分是產(chǎn)生雪崩倍增效應(yīng)的高電場區(qū)，這種電場分布有利于降低工作電壓。 APD具有雪崩倍增效應(yīng)這個有利方面。但是雪崩倍增效應(yīng)的隨機(jī)性將引入噪聲 APD隨使用的材料不同有Si-APD（短波長用）和Ge-APD，InGaAs-APD（長波長用）等 雪崩倍增因子 在忽略暗電流影響條件下 一般APD的倍增因子G在40100之間 PIN光電管無雪崩倍增作用故G=1pMIIG平均值無雪崩倍增時(shí)光電流的平均值有雪崩倍增時(shí)光電流的4、倍增噪聲和過剩噪聲系數(shù) APD的噪聲來源 光電倍增噪音 暗電

9、流噪音 倍增噪音原因：雪崩過程中，電子-空穴對的碰撞是隨機(jī)的-附加噪聲 APD的倍增是具有隨機(jī)性的，這種隨機(jī)性的電流起伏將帶來附加噪聲，一般稱為倍增噪聲。倍增噪聲可以用過剩噪聲系數(shù)F（G）來描述 g：每個初始電子-空穴對因雪崩倍增效應(yīng)產(chǎn)生二次電子-空 穴對的隨機(jī)數(shù) ：g的平均值，因此=G ：每個初始電子產(chǎn)生的二次電子數(shù)平方再取平均值 2：每個初始電子產(chǎn)生的二次電子數(shù)平均值再平方 2222ggF GGg 假設(shè)在理想狀態(tài)下每次倍增都相同，則F（G）=1。因此， F（G）表示APD實(shí)際噪聲超過理想倍增噪聲的倍數(shù)。 在工程上，為簡化計(jì)算，常用過剩噪聲指數(shù)x來表示過剩噪聲系數(shù)，即 Si-APD：x=0.

10、5 Ge-APD：x=0.61.0 選擇APD時(shí)，應(yīng)選擇x值小的管子 xF GG5、溫度特性 隨著溫度的上升，降低；溫度每升高8度，暗電流增加一倍 溫度補(bǔ)償 雪崩光電二極管APD的一般性能光接收機(jī) 功能：經(jīng)過光纖傳輸后接收到的微弱光信號還原為原來的電信號 要求：以最小的附加噪聲及失真，恢復(fù)出由光纖傳輸、光載波所攜帶的信息 影響：中繼距離 誤碼率（或信噪比） 靈敏度 動態(tài)范圍等 分類：對應(yīng)光發(fā)送機(jī) 模擬接收機(jī) 數(shù)字接收機(jī)數(shù)字光接收機(jī) 基本原理：接受經(jīng)過光纖傳輸后接收到的帶有各種噪聲的微弱光信號，并作出正確判決（“0”，“1”） 誤碼： “0”“1” “1”“0” 誤碼率：光接收機(jī)輸出碼元出現(xiàn)誤碼

11、的概率 誤碼率=P(1/0)+ P(0/1) P(1/0)：將“0”碼誤判為“1”碼的概率 P(0/1) ：將“1”碼誤判為“0”碼的概率 產(chǎn)生誤碼率的因素 一類是信號碼流中碼元的波形經(jīng)過光纖傳輸后的失真，其影響可以通過對失真后的波形進(jìn)行整形來減小或消除 一類是光纖傳輸信道中引入的各種噪聲，其影響是任何波形變換都無能為力的。 靈敏度：保證一定誤碼率（一般是10-9）條件下所需的最小接收光功率。 光接收機(jī)的基本結(jié)構(gòu) 光檢測器（PIN、APD） 作用：光電轉(zhuǎn)換 信號數(shù)量級噪聲數(shù)量級入射到光檢測器光敏面的光信號（納瓦數(shù)量級）光電轉(zhuǎn)換過程中引入的噪聲（主要是系統(tǒng)噪聲） 前置放大 作用：信號的預(yù)放大 要

12、求：低噪聲 光檢測器和前置放大器合起來組成接收機(jī)前端，產(chǎn)生主噪聲源 主放大器 作用：前段輸出的毫伏級信號峰-峰值電壓13V 自動增益控制 PIN：AGC電路控制主放大器的放大倍數(shù) APD： AGC電路控制主放大器的放大倍數(shù) 和APD的偏置電壓。 使AGC的動態(tài)范圍增加10dB 作用：當(dāng)信號強(qiáng)時(shí)，則通過反饋環(huán)路使上述增益降低 當(dāng)信號弱時(shí)，則通過反饋環(huán)路使上述增益提高 從而使送到判決器的信號穩(wěn)定，增加光接收機(jī)的動態(tài) 范圍，使接收機(jī)能接受強(qiáng)弱不同的信號 主放后波形存在的問題 數(shù)字信號是矩形脈沖，頻譜豐富，而光纖、光檢測器、放大器帶寬有限，因此，數(shù)字信號在傳輸過程中只有有限的頻率分量可以通過，接收機(jī)主

13、放大器輸出的脈沖形狀將不是矩形，會出現(xiàn)很長的拖尾，使前后碼元波形重疊，造成碼間干擾，使判決電路誤判，造成誤碼。 解決方式：均衡器 均衡器 作用：進(jìn)行波型變換，從而避免產(chǎn)生的碼間干擾，減少或消除碼元波形重疊現(xiàn)象 原理：本碼元本身的判決時(shí)刻具有最大值，其他碼元的判決時(shí)刻應(yīng)為零 滿足條件的輸出波形升余弦波、高斯波 理想的均衡波形無法實(shí)現(xiàn)，采用逼近的方式實(shí)現(xiàn)，逼近的程度用碼間干擾來度量 觀測：眼圖 判決器和時(shí)鐘恢復(fù)電路 脈沖再生電路的作用是將均衡器輸出的信號，如升余弦頻譜脈沖，恢復(fù)為“0”或“1”的數(shù)字信號。 判決再生 作用：將均衡后的信號還原為相應(yīng)的數(shù)字信號 方法：將信號與門限電壓作比較，高于門限為

14、“1”碼，低于門限為“0”碼 判決器一般由觸發(fā)電路構(gòu)成 判決的時(shí)刻取決于時(shí)鐘提取電路 判決的時(shí)刻和門限的選擇都會影響判決結(jié)果 時(shí)鐘恢復(fù)電路 時(shí)鐘頻率提取 RC電路微分，通過一個非門產(chǎn)生歸零碼 諧振回路沒選出時(shí)鐘頻率T6 . 04 . 0 NRZ（不歸零碼）數(shù)據(jù)時(shí)鐘提取 窄帶濾波法 鎖相環(huán)法 窄帶濾波法 LC濾波 衰減震蕩波 低速使用 窄帶濾波法 聲表面波濾波器SAW SAW的兩條指距離L=時(shí)產(chǎn)生諧振 SAW具有良好的抗連“0”連“1”性能，抑制抖動積累，可靠 應(yīng)用聲表面波時(shí)鐘提取 關(guān)鍵器件窄帶濾波聲表面波（SAW）濾波器必須具有高品質(zhì)因數(shù)以減小時(shí)鐘信號的相位抖動，目前工作頻率的指標(biāo)大約是在3G

15、Hz以下。 這種方法的優(yōu)點(diǎn)是性能穩(wěn)定并且沒有非線性效應(yīng)的不良影響 缺點(diǎn)是必須用人工進(jìn)行時(shí)鐘脈沖位置的細(xì)調(diào)，也不便于集成 應(yīng)用鎖相環(huán)法 這種方法便于集成，并可以對輸入數(shù)據(jù)速率和環(huán)境因素等的變化對對輸出的影響進(jìn)行持續(xù)的補(bǔ)償 時(shí)間抖動 實(shí)際的光接收機(jī)，其信號脈沖都不可能是理想的矩形脈沖，因此，判決點(diǎn)必須與峰值出現(xiàn)的時(shí)刻對應(yīng)才可能獲得最大的SNR。判決點(diǎn)取樣時(shí)刻是由時(shí)鐘電路決定的，但該電路輸出的漂移和噪聲會使取樣時(shí)刻在比特時(shí)間的某個平均位置附近漂移，這種現(xiàn)象稱為時(shí)間抖動 解碼、解擾電路 光發(fā)射機(jī)輸出的信號是經(jīng)過擾碼、編碼處理的，這種信號經(jīng)過光纖傳到接收機(jī)后還需要將上述其進(jìn)行一系列的“復(fù)原”工作，這些，

16、將由解碼、擾碼電路來完成 首先，通過解碼電路，將mBnB或mB1H等碼型恢復(fù)為編碼之前的碼型；然后，再經(jīng)解擾電路將發(fā)送端“擾亂”的碼恢復(fù)為被擾之前的狀況，最后，再由編碼器將解擾后的碼編為適于在PCM系統(tǒng)中傳輸?shù)腍DB3或CMI碼 輔助電路（1）鉗位電路 為了使輸入判決器的信號穩(wěn)定，在判決器前面還加有鉗位電路，它將已均衡波的幅度底部鉗制在一個固定的電位上（2）溫度補(bǔ)償電路 由于光接收機(jī)環(huán)境溫度變化時(shí)，雪崩管的增益將發(fā)生變化，由此，使接收機(jī)的靈敏度變化。為了盡可能減少這種變化，就需給雪崩管的偏壓加溫度補(bǔ)償電路，使雪崩管偏壓隨溫度產(chǎn)生相應(yīng)的變化（3）告警電路 當(dāng)輸入光接收機(jī)的光信號太弱或無光信號時(shí)，

17、有告警電路輸出告警信號光接收機(jī)的性能指標(biāo) 衡量光接收機(jī)性能的主要指標(biāo)是： 接收靈敏度 動態(tài)范圍 次要指標(biāo)有： 工作在各種數(shù)據(jù)格式的能力 快速的響應(yīng)時(shí)間 工作在各種碼速下的能力 低功耗及低價(jià)格等 這些要求有些是相互矛盾的，在設(shè)計(jì)時(shí)需折中處理 接收靈敏度 接收靈敏度是指達(dá)到指定誤碼率（對數(shù)字系統(tǒng)）或信噪比（對模擬系統(tǒng)）時(shí)的最小接收信號光功率。 通常用dBm表示，即以1mW為基準(zhǔn)，用分貝（dB）表示的相對光功率大小。接收光功率為P（mW），則用dBm表示為 P（dBm）=10lgP（mW）/1mw 因此，P= 1mw時(shí)為0dBm 影響接收靈敏度的主要因素 影響接收靈敏度的主要因素是光信號檢測過程及前

18、置放大器中的各種噪聲 在實(shí)際光纖傳輸系統(tǒng)中，光接收機(jī)很少工作在極限靈敏度下，這是由于在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中考慮到元件老化、溫度變化及制造公差等引起的退化，必須留出一定的富余量（3-6dB），而且對接收靈敏度的要求也與系統(tǒng)應(yīng)用有關(guān) 動態(tài)范圍 在實(shí)際的系統(tǒng)中，由于中繼距離、光纖損耗、連接器及熔接頭損耗的不同，發(fā)送功率隨溫度的變化及老化等原因，故使接收光功率有一定的范圍?，F(xiàn)定義最大允許的接收光功率與最小可接受光功率之差為光接收機(jī)的動態(tài)范圍 最大光功率決定于非線性失真及前置放大器的飽和電平 最小功率則決定于接收靈敏度 噪聲、靈敏度與動態(tài)范圍關(guān)系 動態(tài)范圍的作用 寬的動態(tài)范圍對系統(tǒng)結(jié)構(gòu)來說更方便靈活，使同一個接收

19、機(jī)可用于不同長度的中繼距離，在陸地的通信系統(tǒng)中，中繼距離可能長短不一，有中繼站決定，因此寬動態(tài)范圍的要求非常重要，在本地網(wǎng)應(yīng)用中，各發(fā)送機(jī)到接收機(jī)的距離可能各不相同，且可能經(jīng)過不同數(shù)量的耦合器、分路器后到達(dá)接收機(jī)，因此也對接收機(jī)動態(tài)范圍提出了很高的要求 光接收機(jī)的動態(tài)范圍 光接收機(jī)的動態(tài)范圍D，是在保證系統(tǒng)的誤碼率指標(biāo)要求下，接收機(jī)的最低輸入光功率（用dBm來描述）和最大允許輸入光功率用（dBm來描述）之差（dB） D=10lg（Pmax/10-3）- 10lg（Pmin/10-3） = 10lg（Pmax/Pmin）其中10lg（Pmin/10-3 ）就是接收機(jī)靈敏度 當(dāng)環(huán)境溫度變化時(shí)，光纖

20、的損耗將發(fā)生變化，隨著時(shí)間的增長，光源輸出功率亦將變化，也可能因一個按標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)的光接收機(jī)工作在不同的系統(tǒng)中，從而引起接收光功率不同 因此要求接收機(jī)有一個動態(tài)范圍。低于這個動態(tài)范圍的下限（即靈敏度），如前所述將產(chǎn)生過大的誤碼，高于這個動態(tài)范圍的上限，在判決時(shí)亦將造成過大的誤碼。顯然，一臺質(zhì)量好的接收機(jī)應(yīng)有較寬的動態(tài)范圍光通信系統(tǒng)噪聲分析 噪聲：與信息無關(guān)的隨機(jī)變化量 數(shù)字系統(tǒng)噪聲的危害：誤碼率增大 靈敏度降低 光通信系統(tǒng)的主要噪聲： 光檢測器引入噪聲 光接收機(jī)電路噪聲 光源模式分配噪聲 光檢測器引入噪聲： 光散彈噪聲（量子噪聲） 暗電流噪聲 直流光或背景光噪聲 倍增噪聲 光接收機(jī)電路噪聲： 熱

21、噪聲 光通信系統(tǒng)噪聲分析 使用隨機(jī)過程中方差的概念 推導(dǎo)光檢測器量子噪聲在接收機(jī)判斷點(diǎn)產(chǎn)生的平均噪聲功率 隨機(jī)過程的方差 描述了隨機(jī)過程各時(shí)刻的取值，偏離隨機(jī)過程均值的程度 光接收機(jī)輸出電壓的方差就是：光接收機(jī)輸出噪聲的平均功率 噪聲的特性 一種隨機(jī)性的起伏量 無規(guī)則的電磁場形式 電信號中一種不需要的成分，干擾實(shí)際系統(tǒng)中信號的傳輸和處理，影響和限制了系統(tǒng)的性能 噪聲的數(shù)學(xué)表示 噪聲電壓Vn(t)的振幅、相位等均隨時(shí)間作無規(guī)則的變化，其瞬時(shí)值的平均為零，即=0 噪聲的均方值0。反映單位電阻上所耗損的平均功率，可用功率電表測量。用來表示噪聲的大小 噪聲電壓的有效值為均方根值1/2 電阻及內(nèi)部自由電

22、子或電荷載流子的不規(guī)則熱騷動引起的噪聲均方電壓和均方電流為： R=2kBTRB (V2) R=2kBTB/R (A2) kB=1.3810-23J/K 為玻爾茲曼常數(shù) T為絕對溫度（K） B為頻域內(nèi)的系統(tǒng)工作帶寬 l個互不相關(guān)噪聲源的總噪聲是各個噪聲源的均方和 =l 單位帶寬的均方噪聲作為均方噪聲譜密度來表示 ddf =2kBTR 1、散彈噪聲（量子噪聲） 電流是由帶電粒子（如電子）的運(yùn)動形成的，而帶電粒子的產(chǎn)生和運(yùn)動是隨機(jī)的，這樣電流就會有隨機(jī)波動，從而給信號疊加上了起伏噪聲 因帶電粒子產(chǎn)生和運(yùn)動的隨機(jī)性而引起的噪聲就叫散彈噪聲 特征：具有均勻頻譜的白噪聲 譜密度與平均電流強(qiáng)度I成正比 與光

23、功率的恒定性無關(guān) 本征噪聲。接收機(jī)極限靈敏度的限制 產(chǎn)生：散彈噪聲來自單位時(shí)間內(nèi)到達(dá)光檢測器上信號光子數(shù)的隨機(jī)性，與信號電平有關(guān)。 在APD中，倍增過程的統(tǒng)計(jì)特征產(chǎn)生附加的散彈噪聲與倍增增益成正比 散彈噪聲的統(tǒng)計(jì)特性 散彈噪聲的統(tǒng)計(jì)特性為泊松分布，實(shí)際上常用高斯分布近似，其雙邊譜密度與頻率無關(guān)，近似為白噪聲： ns=eIp (A2/Hz) Ip-光電流 e-電子電量 散彈噪聲電流均方值 Ns=2eIpB=2ePpB (A2) B為系統(tǒng)噪聲等效帶寬 為光檢測器的響應(yīng)度 Pp為光功率 2、倍增噪聲 （APD）除了光量子過程的隨機(jī)性外，同時(shí)由于二次電子的碰撞和雪崩過程產(chǎn)生倍增噪聲。倍增噪聲的雙邊功率

24、譜密度為：ng=eIp 倍增噪聲的大小與倍增因子有關(guān)= 2+x x為過剩噪聲指數(shù)，一般x=0.6-1.0 倍增噪聲電流均方值為 Ng=2eIp 2+x B=2ePp 2+x B APD的噪聲比PIN的噪聲大2+x 倍 3、暗電流噪聲 暗電流噪聲均方值為 Nd=2eId 2+x B 因絕緣不良引起的漏電并不產(chǎn)生噪聲 4、直流光或背景光噪聲 光源調(diào)制不完善或光屏蔽不良引起的直流光或背景光Pdc也會引起噪聲，噪聲電流均方值為Ndc=2ePdc 2+x B 5、熱噪聲 一定溫度下與載流子熱運(yùn)動有關(guān)的噪聲稱為熱噪聲，其功率譜密度一直到頻率為1THz時(shí)都與頻率無關(guān)，近似為白噪聲 電阻R的熱噪聲功率譜密度為

25、 kB是玻爾茲曼常數(shù) 為絕對溫度RkSBR/2數(shù)字光接收機(jī)中的輸出等效噪聲 具體的數(shù)字接收機(jī)各不相同，但為了簡化分析推導(dǎo)的過程，一般用數(shù)字接收機(jī)電路模型來等效。 所有的噪聲都用上述等效噪聲源考慮，其它元件和電路都認(rèn)為是理想的、無噪聲的 輸入信號為二進(jìn)制光脈沖序列： Ek取值：Em，0 T=1/fb為碼元周期 fb為碼速率 hp(t)為輸入光脈沖的波形的時(shí)間函數(shù)，且滿足歸一化條件： 因此Em即是“1”碼光脈沖的能量kpkkTthEtP)()(1)(1dtthTp P(t)產(chǎn)生的光電流是：=P(t) 設(shè)光接收機(jī)電路的沖擊響應(yīng)是hR(t) 則其輸出端電壓是：)()()()()()()(0thkTth

26、gthtPgthtitURpRRs 光接收機(jī)的基本噪聲 光檢測器的噪聲 放大器的熱噪聲 它們互不相關(guān)，統(tǒng)計(jì)上獨(dú)立 總噪聲功率NT=Ns+NA光檢測器的噪聲功率 Ns=-2 P(t)代入 對上式作傅里葉變換，得到功率譜密度：22)()(dttthtPegR22)()(dtkTthEtthegpkR)()exp()(2RkpksHkTjHEegn)()()2()(1RRRHHH)()()()(2100ppHHHHH0(w)：歸一化輸出電壓脈沖波形函數(shù)的傅里葉變換Hp(w)：歸一化的輸入光脈沖波形函數(shù)的傅里葉變換 噪聲平均功率是： 對上式進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化、歸一化，即作變量替換 =2fb Hp()=Hp(2fb) H0()=H0(2fb)dnNss)()2(1dHHHHHkTjEegpppkk)()()()()()2exp(002 噪聲平均功率 由于歸一化的周期性的沖擊函數(shù)滿足 得dHHHHHkTjEegNpppkks)()()()()()2exp(002kkkj)() 2exp(dHHHHHkEegNpppkks)()()()()()(002數(shù)字光接收機(jī)的靈敏度 經(jīng)均衡后的信號判決產(chǎn)生的誤碼，主要原因是判決時(shí)刻的噪聲。實(shí)際的光接收機(jī)各種噪聲經(jīng)過均衡后的分布十分復(fù)雜的。 1973年S.D.Personick提出可以將這種